一种基于高光谱成像的壁画信息提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于高光谱成像的壁画信息提取方法，包括如下步骤：步骤一，获取预定区域内壁画的原始高光谱影像信息；步骤二，根据上述原始高光谱影像信息提取壁画的底稿信息、壁画的颜料信息、以及壁画的病害信息。本发明专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，利用高光谱技术的优势进行壁画信息的提取及分析，既克服了传统壁画信息调查分析的诸如工作量大、误差大以及人为因素多等缺点，具有快速、有效的特点，又弥补了多光谱技术中离散波段光谱信息不足的缺点，具有波谱连续性及数据丰富的优点，有望实现壁画信息的快速、有效、科学的分析，从而为壁画信息的深入研究及保护修复工作提供指导和依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种壁画信息提取方法，尤其涉及。
技术介绍
壁画是历史与艺术结合的产物，它从不同的侧面反映了各个历史时期的经济文化发展状况和意识形态，其信息有助于帮助考古学家深入了解历史的发展轨迹及状态，分析早期艺术学家的绘画技法，并有利于指导壁画保护工作者制定合理的保护和修复方案。目前已有的壁画底稿信息的提取仅利用可见光波段，存在信息不全面的局限性，随着光谱范围的扩展，增加了壁画信息的可视化范围，但对于壁画底稿信息的提取依旧采用目视识别的方法，效率较低。 目前壁画颜料信息的分析多采用采样的手段进行，通过采集壁画绘制颜料的样本，结合物理或化学多种检测手段对目标颜料进行分析，该采样的过程是不可逆的，对壁画具有一定的损害，该方法不利于壁画保护工作的进行。病害现状的调查对壁画的制作材料及工艺、修复材料的筛选、修复工艺、工作量估算等具有决定性影响。对壁画病害信息的提取和分析传统上主要是利用透明方格法和CAD法，这两种方法不仅人工参与大，并且还存在着主观性强、效率低、耗时耗力的缺点。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的弊端，提供。本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法，包括如下步骤步骤一，获取预定区域内壁画的原始高光谱影像信息；步骤二，根据上述原始高光谱影像信息提取壁画的底稿信息、壁画的颜料信息、以及壁画的病害信息。本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法的步骤二中，去除原始高光谱影像信息中的冗余信息而获得包含该原始高光谱影像信息主要特征的主成分信息，所述主成分信息为高光谱影像信息中各个波段的线性组合；根据各个波段的权重值而选取出主成分中的特征波段，并由选取出的特征波段合成壁画的底稿信息。本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，设A = (A17A2,.. .，Am)T为m维的样本空间，具有m个变量;A的均值为E (A) = η，而A的协方差为R㈧=L彡0，则根据样本变量所求出的协方差矩阵提取主成分的步骤为基于样本的协方差矩阵求解相关的特征值及特征向量，每个特征值都会对应一组特征向量，它们可以表示为T1, T2，…，Tm ;设P个主成分可以表示为Z1, Z2，. . .，ΖΡ，这P个主成分可以表示为召=TJA , j =1,2,…，p，在该表达式中L为前述特征值求得的各个特征向量T1, T2, , Tm所组成的主成分向量矩阵。本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，所述各个波段的权重值为预先设置；根据各个波段的权重值绘制权重值与波段对应关系的曲线，该曲线的波峰及波谷部分所对应的波段即为特征波段。本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法的步骤二中，去除原始闻光谱影像/[目息中不包含任意空间/[目息的噪声影像/[目息；自上述去除操作后剩余的高光谱影像信息中提取各类颜料的波谱曲线，并构建包含上述各类颜料的波谱曲线的参考波谱特征库；将原始高光谱影像信息与参考波谱特征库内各类颜料的波谱曲线进行匹配，从而确定壁画中各类颜料的分布状况。 本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，所述噪声影像信息包括原始高光谱影像信息中的模糊影像信息、和/或原始高光谱影像信息中经过计算而得出的噪声统计、和/或原始高光谱影像信息计算过程中累加的误差。本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，对噪声影像信息的协方差矩阵进行线性变换，使各个噪声影像信息具有单位方差且彼此之间不相关；基于噪声影像信息的协方差矩阵求解相关的特征值，特征值小于设定阈值的噪声影像息则为需要去除的噪声影像息。本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，对预定区域利用N维可视化器进行提取，所述N维可视化器中每个点的坐标由N个值确定，此N个值即为此点的像素的波谱反射值；所述N维可视化器上呈现聚集的点所对应的波谱即为该预定区域内选定颜料所对应的波谱信息；重复执行上述操作，直至对壁画中所有颜料的波谱信息均提取完毕。本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，对于壁画内各区域中同一颜料的波谱信息取均值以作为该壁画中该颜料的波谱信息，并将此颜料的波谱信息添加入参考波谱特征库。本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，将原始高光谱影像信息与参考波谱特征库内各类颜料的波谱曲线进行匹配的方法包括将原始高光谱影像信息中的波谱曲线与参考波谱特征库中各类颜料的波谱曲线进行逐一对比，分析二者的相似度，从而确定该原始高光谱影像信息中各颜料的种类及分布；和/或，以参考波谱特征库中不同颜料的波谱曲线为参考，与壁画各选定区域的原始高光谱影像信息进行对比，根据二者的相似度而对各选定区域的颜料进行分类；和/或，对壁画各选定区域的原始高光谱影像信息中的波谱曲线进行分析，以确定这些选定区域的波谱曲线的相似度，并进而确定各选定区域的颜料是否相同；和/或，设P为未知波谱，q为参考波谱特征库中的已知波谱，则二者的相程度η f \可表示为^ = COS-1;当所述相似度η大于设定阈值时，二者即为相同的波谱。 UI^IrpI J本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法的步骤二中，将原始高光谱影像信息与已知各类壁画病害信息做比较分析，从而确定该原始高光谱影像信息所对应的病害分布信息。本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，所述原始高光谱影像信息与已知各类壁画病害信息进行比较分析之前，执行如下步骤按预定尺寸对原始高光 谱影像信息进行分割，以令分割后形成的各个区域中的影像具有相同的光谱特征和相同的属性特征；将分割后形成的具有相同光谱特征和相同的属性特征的各个区域进行合并；计算合并后形成的区域内影像的属性特征，并以此合并后的影像信息与已知各类壁趣病害信息做比较分析。本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，所述影像的属性特征包括影像的颜色、影像的形状、以及影像的纹理。本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，所述步骤二进一步包括对壁画病害所对应的影像进行矢量化处理，并根据矢量化后的影像信息进行缓冲分析和叠置分析，从而预测病害的扩散范围。本专利技术所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，利用高光谱技术的优势进行壁画信息的提取及分析，既克服了传统壁画信息调查分析的诸如工作量大、误差大以及人为因素多等缺点，具有快速、有效的特点，又弥补了多光谱技术中离散波段光谱信息不足的缺点，具有波谱连续性及数据丰富的优点，有望实现壁画信息的快速、有效、科学的分析，从而为壁画信息的深入研究及保护修复工作提供指导和依据。附图说明图I为本专利技术所述基于高光谱成像的壁画信息提取方法的流程示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。高光谱影像信息具有非常广阔的波谱覆盖范围，包括了可见光、近红外、中红外和热红外波段，在这些波谱范围内它准确记录了目标的波谱反射率，由于波谱的连续性，可为目标提供一条连续的波谱曲线，实现目标光谱信息和空间信息的同步记录。高光谱成像技术具有较高的光谱分辨率，波谱间隔较小，因此相邻的波谱之间包含大量的重叠信息，该特性为影像的连续成像提供了可能。由于不同地物物质成分的差异性，分别具有不同的波谱反射特性曲线，高光谱成像技术获取的连续光谱信息为目标的判别提供了依据，有利于实现依据目标光谱特征的目标探测与识别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高光谱成像的壁画信息提取方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，获取预定区域内壁画的原始高光谱影像信息；步骤二，根据上述原始高光谱影像信息提取壁画的底稿信息、壁画的颜料信息、以及壁画的病害信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侯妙乐，吴育华，胡云岗，
申请(专利权)人：北京建筑工程学院，
类型：发明
国别省市：